1 nio

1 三大核心

NIO 有三大核心部分：Channel（通道，对应BIO的socket）、Buffer（缓冲区）、Selector（选择器） 。

这是一个NIO的简易图

这是nio三大组件的结构图

0 三大组件的关系

每个channel都对应一个buffer
一个selector对应一个线程；一个线程可以对应多个channel（channel就理解成“链接”、socket的概念就行）
程序切换到哪个channel是由事件（event）决定的； event是一个很重要的概念;Sector会根据不同的事件，在各个通道上来回的切换
Buffer就是一个内存块，底层是一个数组；
数据的读取、写入时通过buffer；这个和BIO是不同的，BIO中要么是输入流要么是输出流，不能双向；但是NIO中的buffer可以读也可以写，需要flip方法切换channel；
1 Channel 通道
通道的状态会发生变化，一但有变化，就会通知selector；然后selector去处理
可以粗俗的将channel理解为流或者链接;
我们常用的channel 有 FileChannel (用于文件的读写) DatagramChannel(用于UDP数据的读写) ServerSocketChannel 和 SocketChannel (用于 TCP的数据的读写)
1 FileChannel 🌟🌟🌟🌟🌟
主要用于对本地文件进行IO操作

public int read(ByteBuffer dst): 从通道读取数据到缓冲区中 🌟🌟🌟🌟🌟🌟🌟
public int write(ByteBuffer src): 把缓冲区的数据写到通道中🌟🌟🌟🌟🌟🌟
public long transferFrom(ReadableByteChannel src,long position,long count): 从目标通道中复制数据到当前通道中
public long transferTo(long position,long count,WritableByteChannel target): 把数据从当前通道赋值给目标通道

2 Buffer 缓冲区

buffer相关的一些基本概念和操作、方法什么的之前写过一点；
1 nio基础，浅识ByteBuffer —> IoBuffer —> mina
当时是为了用mina网络应用框架才学习了一下相关的操作api；这里不在单独写了，到时候看这个文章吧；

缓冲区（Buffer）：缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个容器对象（含数组），该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer，如图:【后面举例说明】
Buffer 是一个顶级抽象类,他的子类有 IntBuffer DoubleBuffer LongBuffer等,每个基本类型都有一个对应的buffer类,但是最长用的还是ByteBuffer(字节数据buffer),我们网络上传输的数据都是二进制数据,所以ByteBuffer很常用;

3 Selector 选择器

Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生（注意：多个 Channel 以事件的方式可以注册到同一个 Selector），如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个通道，也就是管理多个连接和请求。

对于上图的解读:

当客户端连接时，会通过 ServerSocketChannel 得到 SocketChannel。
Selector 进行监听 select 方法，返回有事件发生的通道的个数。
将 socketChannel 注册到 Selector 上，register(Selector sel, int ops)，一个 Selector 上可以注册多个 SocketChannel。
注册后返回一个 SelectionKey，会和该 Selector 关联（集合）。
进一步得到各个 SelectionKey（有事件发生）。
在通过 SelectionKey 反向获取 SocketChannel，方法 channel()。
可以通过得到的 channel，完成业务处理。

解读过程变成代码:

package com.binc.testspring.study.nio;
import org.junit.Test;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
 * FileName: Test2
 * Autho: binC
 * Date:  2022/4/14 17:49
 */
public class Test2 {
    /**
     * 服务端
     *
     * @param args
     * @throws Exception
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建ServerSocketChannel -> ServerSocket
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //serverSocketChannel绑定一个端口6666, 在服务器端监听
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(6666));
        //设置为非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        //得到一个Selecor对象
        Selector selector = Selector.open();
        /*
         * 注意:我们从所有的流程图中看到的都是将socketChannel注册到selector中去;
         *   实际上我们隐藏的一个操作时,在创建了服务端的serverSocketChannel 也需要注册到selector中去
         * */
        //把 serverSocketChannel 注册到  selector 关心 事件为 OP_ACCEPT       pos_1
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        System.out.println("注册后的selectionkey 数量=" + selector.keys().size()); // 1
        //循环等待客户端连接
        while (true) {
            //这里我们等待1秒，如果没有事件(我们现在这个程序关注的事件是 serverSocketChannel的连接(OP_ACCEPT)事件)发生, 直接返回
            if (selector.select(1000) == 0) { //没有事件发生
                System.out.println("服务器等待了1秒，无连接");
                continue;
            }
            //如果返回的>0, 就获取到相关的 selectionKey集合
            //1.如果返回的>0， 表示已经获取到关注的事件
            //2. selector.selectedKeys() 返回关注事件的集合
            //   通过 selectionKeys 反向获取通道
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            System.out.println("selectionKeys 数量 = " + selectionKeys.size());
            //遍历 Set<SelectionKey>, 使用迭代器遍历
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator();
            while (keyIterator.hasNext()) {
                //获取到SelectionKey
                SelectionKey key = keyIterator.next();
                //根据key 对应的通道发生的事件做相应处理
                if (key.isAcceptable()) { //如果是 OP_ACCEPT, 有新的客户端连接
                    //该该客户端生成一个 SocketChannel
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    System.out.println("客户端连接成功 生成了一个 socketChannel " + socketChannel.hashCode());
                    //将  SocketChannel 设置为非阻塞
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    //将socketChannel 注册到selector, 关注事件为 OP_READ， 同时给socketChannel
                    //关联一个Buffer
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));
                    System.out.println("客户端连接后 ，注册的selectionkey 数量=" + selector.keys().size()); //2,3,4..
                }
                if (key.isReadable()) {  //发生 OP_READ
                    //通过key 反向获取到对应channel
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
                    //获取到该channel关联的buffer
                    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment(); // 得到与之关联的共享数据   即buffer
                    channel.read(buffer);
                    System.out.println("form 客户端 " + new String(buffer.array()));
                }
                //手动从集合中移动当前的selectionKey, 防止重复操作
                keyIterator.remove();
            }
        }
    }
    /**
     * 客户端
     * @throws IOException
     */
    @Test
    public void test() throws IOException {
        //得到一个网络通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        //设置非阻塞
        socketChannel.configureBlocking(false);
        //提供服务器端的ip 和 端口
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666);
        //连接服务器
        if (!socketChannel.connect(inetSocketAddress)) {
            // 客户端这是成非阻塞了,  建立链接是需要时间的所以很容易走到这里;  我们尝试不启动服务端,直接启动给客户端,程序就一直在这里执行别的逻辑;
            while (!socketChannel.finishConnect()) {
                System.out.println("因为连接需要时间，客户端不会阻塞，可以做其它工作..");
            }
        }
        //...如果连接成功，就发送数据
        String str = "hello, 尚硅谷~";
        //Wraps a byte array into a buffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(str.getBytes());
        //发送数据，将 buffer 数据写入 channel
        socketChannel.write(buffer);
        System.in.read();
    }
}

selector api

open() 获取一个selector select() 阻塞直到获取到有事件发生 select(int time) 阻塞time毫秒,然后返回 selectNow() 非阻塞,立马返回 keys() 获取到所有注册到selector的selectionKey的集合 selectorKeys() 手动获取一下有事件发生的key;

selectorKey api

key.selector() 得到selectorKey与之关联的selector对象 key.channel() 得到与之关联的channel key.attachment() 得到与之关联的共享数据即: channel key.interestOps(int ops) 设置或者改变监听事件

serverSocketChannel api

ServerSocketChannel 在服务器端监听新的客户端socket连接

open() 得到一个ServerSocketChannel 通道 bind() 设置服务器端口 configureBlocking(Boolean b) 设置阻塞或者非阻塞模式 nio编程中通常都是设置成false;否则就不用nio了 accept(*) 接受一个链接,返回代表这个链接的通道对象即 socketChannel register(selector,int) 将当前channel注册到selector 并这是监听事件

socketChannel api

SocketChannel ,网络IO通道,具体负责进行读写操作; nio把缓冲区的数据写入到通道,或者把通道的数据读到缓冲区

public int read(ByteBuffer dst): 从通道读取数据到缓冲区中 🌟🌟🌟🌟🌟🌟🌟
public int write(ByteBuffer src): 把缓冲区的数据写到通道中🌟🌟🌟🌟🌟🌟

open 得到一个socketChannel 通道 configureBlocking(Boolean b) 设置阻塞或者非阻塞模式 nio编程中通常都是设置成false;否则就不用nio了 connect(SocketAddres addr) 链接服务器 finnishConnect 如果上边方法链接失败,接下来通过该方法完成链接操作; write(buffer) 往通道写数据 read(buffer) 从通道里数据 register(selector,int) 将当前channel注册到selector 并这是监听事件 close 关闭通道

2 netty

这部分的资料:https://blog.csdn.net/Youth_lql/article/details/115734142
nio已经能够完成对同步非阻塞编程的开发了,为什么还要有netty呢,其实就是原生代码nio 编程很复杂,并且粘包半包等问题得自己解决,

1原生 NIO 存在的问题

NIO 的类库和 API 繁杂，使用麻烦：需要熟练掌握 Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等
需要具备其他的额外技能：要熟悉 Java 多线程编程，因为 NIO 编程涉及到 Reactor 模式，你必须对多线程和网络编程非常熟悉，才能编写出高质量的 NIO 程序。
开发工作量和难度都非常大：例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常流的处理等等。
JDK NIO 的 Bug：例如臭名昭著的 Epoll Bug，它会导致 Selector 空轮询，最终导致 CPU100%。直到 JDK1.7 版本该问题仍旧存在，没有被根本解决。

因为有这些问题,所以引出了对nio的封装的框架;netty就是用的nio做的进一步封装;这个封装过程还是涉及到了reactor模型;

2 reactor模型

单reactor单线程模型
单reactor 多线程模型
主从reactor多线程模型

netty就是一句的主从reactor多线程模型; ngix也是用的这个模型;

1netty